is een verzamelnaam voor een groot aantal vaste delfstoffen met zeer verschillende eigenschappen, alle rijk aan koolstof en zwart van kleur, die in lagen, meestal diep onder de grond, worden aangetroffen en die hun ontstaan danken aan de langzame ontleding en omzetting van grote hoeveelheden organisch, meestal plantaardig, materiaal.
Er is een genetisch verband tussen turf, bruinkool en steenkool, hetgeen echter niet inhoudt, dat bijv. een steenkoollaag vroeger een bruinkoollaag is geweest. Men zal de genoemde stadia veeleer moeten beschouwen als eindtoestanden, die bepaald zijn door de omstandigheden. Dat de meeste steenkool uit plantenmateriaal is ontstaan (men noemt dit type steenkool ook wel humuskool) blijkt bij microscopisch onderzoek van zeer dun geslepen koolstukjes. Men neemt dan de aanwezigheid van sporen (soms in zeer grote hoeveelheden), andere plantenresten en houtstructuren waar. Wanneer ander materiaal als oorsprong diende, bijv. bij boghead kool welke ontstaan is uit rottingsslik, is ook dit waar te nemen (aanwezigheid van algen).
De meeste steenkool heeft een duidelijk gelaagde structuur, glimmende laagjes (vitriet) wisselen af met doffe lagen (duriet). Ook treft men dikwijls een houtskoolachtige substantie (fusiet) in steenkool aan. Microscopisch onderzoek maakte het mogelijk deze differentiatie verder door te voeren (steenkoolpetrografie). Men kent thans naast de genoemde macrobestanddelen verscheidene microbestanddelen (kleiner dan 2 mm) welke duidelijk omschreven en benoemd zijn.
Afhankelijk van het gedrag van steenkool bij verbranding en bij verhitting onder afsluiting van lucht en van de hoeveelheid der gassen, die daarbij vrijkomen onderscheidt men: gasvlamkolen, niet bakkend, meestal hard, met een hoog (boven 32 pct) gehalte aan vluchtige bestanddelen; gaskolen, 28-32 pct gas, bakkend, evenals gasvlamkolen brandend met lange vlam; vetkolen, gasgehalte 18-28 pct, bakkend, bij vercokesing meestal een uitstekende cokes leverend, die ook geschikt is voor metallurgische doeleinden; smeedkolen (esskolen), gasgehalte 13-18 pct, nog wel bakkend maar geen cokes van grote vastheid vormend; magere kolen, gasgehalte 8-14 pct, niet bakkend en brandend met korte weinig lichtgevende vlam en ten slotte anthraciet, gasgehalte tot 8 pct. Daar echte anthraciet, die bovendien gekenmerkt is door fraaie glans, grote hardheid en daardoor schelpachtige breuk, betrekkelijk zeldzaam is, zijn de meeste handelsanthracieten geen echte anthracieten maar magerkolen. De magerkolen welke anthraciet dicht benaderen worden wel semi-anthraciet genoemd. De hiervoor gegeven indeling naar gasgehalte is slechts globaal oriënterend. De wetenschappelijke steenkoolclassificatie grondt zich op koolstof- en waterstofgehalte of op reactiesnelheid. De hoogste perfectie van classificatie op basis van koolstof- en waterstofgehalte is bereikt in het werk van C. A. Seyler.
Van de vetkolen af nemen de cokesvormende eigenschappen naar beide richtingen af. Ook de verbrandingswarmte heeft bij de vetkolen haar maximum (ca 8700 cal.). Verder liggen de vetkolen in een minimum wat hardheid betreft. Andere eigenschappen vertonen vanaf de gasvlamkolen naar de anthracieten een vloeiend verloop. Zo stijgt het koolstofgehalte van 80-96 pct. Het is deze stijging in koolstofgehalte, welke samengaat met een verandering in andere eigenschappen, welke het begrip inkoling deed ontstaan. Hout, turf, bruinkool, vlamkool, vetkool, anthraciet vormen een inkolingsreeks; vetkool is een kool van hogere inkolingsgraad dan vlamkool.
Met de stijging in koolstofgehalte loopt een daling in zuurstofgehalte (van ca 19-2 pct) parallel. Het waterstofgehalte blijft aanvankelijk tamelijk wel constant (ca 5 pct), in de buurt van de anthracieten vertoont het echter een plotselinge scherpe daling (tot ca 2 pct). Behalve C, O en H bevat steenkool nog wat stikstof (ca 1 pct) en zwavel (rond 1-2 pct). Bovengenoemde cijfers zijn betrokken op zuivere, as- en watervrije steenkool (reinkool). De steenkool, die in de handel is heeft verschillende afmetingen. Het product, dat uit de mijn komt heet schachtkool. Schachtkool is betrekkelijk onzuiver (men treft er vaak stenen in aan hoewel de grotere steenstukken op de leesband met de hand zijn verwijderd) en wordt gedeeltelijk als zodanig verkocht, gedeeltelijk door zeven in kool van verschillende afmeting gesplitst. De verkregen fracties noemt men, al naar de stukgrootte, stukkool (groter dan 80 mm), nootjes I (50-80 mm), nootjes II (30-50 mm), nootjes III (20-30 mm), nootjes IV (10-20 mm), nootjes V (7-10 mm) en fijnkool (kleiner dan 7 mm). Deze afmetingen zijn globaal, ter oriëntering gegeven. Ter zuivering worden de nootjes en ook de fijnkool gewassen, waarbij meestal gebruik wordt gemaakt van een s.g. scheiding der lichtere kool van de zwaardere onzuiverheden.
De studie der steenkoolvorming stelt zich ten doel na te gaan welke plantenbestanddelen de oorsprong der steenkoolsubstantie waren, welke factoren de omzetting van dit materiaal in steenkool bepaalden en hoe de omzetting verliep. Oorspronkelijk meende men (Bergius) in de cellulose der plant de grondstof der steenkool te moeten zoeken. Dit leek des te meer waarschijnlijk omdat cellulose, wat hoeveelheid betreft, in het meeste plantenmateriaal domineert. Toch moest deze opvatting in 1921 wijken voor de ligninetheorie van Fischer en Schrader waarin het lignine als grondstof werd aangewezen. Een van de belangrijkste argumenten tegen cellulose was, dat cellulose in de natuur niet resistent is maar door bacteriën wordt vergist. Volgens de ligninetheorie wordt het lignine der afgestorven planten in humuszuren omgezet en gaan de humuszuren bij de steenkoolvorming over in humusstoffen, het voornaamste bestanddeel der steenkool.
De factoren, die deze omzetting bewerkstelligen zijn temperatuur en druk. Men neemt aan, dat in de meeste gevallen de temperatuur niet exorbitant hoog is geweest, hetgeen ook volgt uit het feit, dat de plantenstructuren, die in steenkool worden aangetroffen, geen zichtbare tekenen van verkoling vertonen. De factor druk is dus meestal de hoofdfactor en dit verklaart waarom men in eenzelfde steenkoolbekken meestal verder ingekooide steenkool aantreft naarmate men dieper gaat of naarmate het gebergte een sterkere plooiing vertoont.
Naast dit algemene beeld staan die gevallen waarin de temperatuur zonder enige twijfel de bepalende factor was, nl. daar waar contactmetamorphose (verandering van de laag door contact met gloeiend magma) heeft plaatsgehad. Dit is o.a. het geval in het Tandjoeng-Enim steenkolenveld (z Sumatra) waar ondergrondse magma-uitstortingen dicht bij een bruinkoollaag plaatshadden. Al naarmate de bruinkoollaag daar ter plaatse de magmauitstorting meer naderde is de bruinkool verder ingekooid. Dezelfde laag veranderde successievelijk in vlamkool, cokeskool en anthracitische kool en, vlak tegen de uitstorting aan, zelfs in natuurlijke cokes.
Steenkool is, wat voorkomen betreft, niet gebonden aan een bepaalde geologische formatie. Vanaf het siluur tot in het tertiair worden steenkolenlagen aangetroffen, het rijkst aan steenkolenlagen is echter het carboon (carbonisch betekent kool-voerend). Daar waar het carboon volledig intact is heeft het een dikte van ca 3000 m. Zandsteen- en leisteenlagen wisselen dan af met steenkolenlagen. De dikte der steenkolenlagen varieert van enkele mm tot enkele m in dikte. Kolenlagen van zeer grote dikte (15 m en meer) treft men aan in Opper-Silezië, Sumatra en Amerika.
De wereldvoorraad aan steenkool is enorm (tot 2000 m diepte zeer globaal getaxeerd op 4500 milliard ton). Daarvan bezit Amerika er iets minder dan de helft en Azië ruim een kwart. In Europa bevindt zich ca een zesde. Deelt men de geschatte reserve door de som van jaarlijkse productie en verlies, dan komt men tot jaren voorraad. Voor Amerika wordt opgegeven (A. Fieldner, U.S. Bureau of Mines, Mech. Engineering p. 211, 1947): anthraciet ca 160 jaar, laagvluchtige steenkool ca 320 jaar en hoogvluchtige steenkool ca 2000 jaar. Beschouwt men daarnaast soortgelijke gegevens voor aardolie (petroleum ca 12 jaar, olie uit olieschalie ca 45 jaar, natuurgas ca 34 jaar), gegevens welke echter minder betrouwbaar zijn daar nog niet ontdekte velden daarin niet zijn begrepen, dan wordt het duidelijk waarom de omzetting van steenkool in vloeibare koolwaterstoffen zo in het centrum van de belangstelling staat. In direct verband hiermede staat de interesse voor de ondergrondse vergassing van steenkool waaraan direct een bedrijf zou kunnen worden gekoppeld, dat de verkregen gassen, eventueel na reforming, in vloeibare koolwaterstoffen omzet. Voorlopig ligt de voornaamste toepassing van steenkool echter nog op stooktechnisch gebied en op dat der cokesbereiding.
Voor stooktechnische doeleinden is de bepaling van de hoeveelheid onzuiverheden (as en water), verbrandingswarmte en koolkarakter (verbrandingssnelheid) van primair belang. De bepaling van het koolkarakter geschiedt meestal, ruw, met behulp van het gehalte aan vluchtige bestanddelen. Daarnaast is men geïnteresseerd in het verwekingsverloop van de as (zgn. assmeltpunt), dit in verband met de slakvorming op het rooster.
Voor de cokesbereiding zijn, naast de hoeveelheid en de aard van de bij de destillatie verkregen gassen en vloeibare producten (deze laatste in verband met de bijproductwinning) vooral de cokesvormende eigenschappen der kool van belang. Wat er bij de cokesvorming precies gebeurt is nog slechts zeer onvoldoende bekend, de reden hiervan is gelegen in het feit, dat men omtrent de steenkoolconstitutie nog steeds in het onzekere verkeert. De oude opvatting, dat steenkool zou bestaan uit een mengsel van niet bakkend materiaal (humusstoffen) en asphaltachtige producten (bitumen) welke laatste extraheerbaar (bitumenextracties) zouden zijn met behulp van bepaalde organische oplosmiddelen, en dat het bitumen verantwoordelijk is voor de cokesvorming, is langzamerhand verlaten. Tegenwoordig beschouwt men de steenkool als geheel, als een plastische stof die bij verhitten, afhankelijk van de bereikte inkolingsgraad, bepaalde smelt- en zweleigenschappen vertoont welke het karakter van de bij de droge destillatie achterblijvende residu (de cokes) bepalen.
Het zijn deze problemen, omzetting in vloeibare koolwaterstoffen, constitutie, cokesvorming, waarmee de steenkoolchemie zich op het ogenblik intensief bezighoudt.
D. J. W. KREULEN
Lit.: Twee op steenkoolchemie gespecialiseerde tijdschriften, Brennstoff-Chemie waarvan het verschijnen in Wereldoorlog II gestopt is en Fuel in Science and Practice hetgeen door bleef verschijnen, de laatste jaren onder de naam Fuel, A Journal of Fuel Science. H. H. Lowry, Chemistry of Coal Utilization (New York 1945); D. J- W. Kreulen, Elements of Coal-Chemistry (’s-Gravenhage 1948).
